*HUKUM II TERMODINAMIKA

*Hukum I Termodinamika :Konservasi energiTransformasi energiKekekalan energiNeraca energi

*FaktaKopi panas jika berada di lingkungan yang temperaturnya lebih rendah akan menjadi dingin.Kopi tidak akan menjadi panas jika diletakkan di dalam ruang yang lebih dingin

80 oC25 oC25 oC25 oC?

*FaktaRuangan dapat dipanaskan dengan kawat yang dialiri arus listrik.Tetapi arus listrik tidak dapat diperoleh dengan memanaskan kawat tersebut.VIWQ=0U = WW U U W?

*FaktaFluida di dalam tangki menjadi panas jika terdapat pengaduk yang diputar.Tetapi pengaduk tidak dapat berputar jika dipanasi di dalam tangkiU W?W U WU

*KesimpulanProses berlangsung dalam arah tertentu, dan tidak mudah berlangsung sebaliknya walaupun memenuhi Hukum I TermodinamikaSuatu proses yang berlangsung harus memenuhi Hukum I dan IIPelanggaran terhadap Hukum II dideteksi dengan bantuan sifat yang disebut EntropiHukum II menyatakan :Arah suatu prosesKualitas energiKuantitas energi

*Reservoir energi termalYaitu benda yang mempunyai kapasitas kalor (m.cp) sangat besar sehingga dapat memberikan atau menerima energi dengan jumlah tertentu tanpa berubah temperaturnya.Reservoir yang memberi energi kalor disebut sumber (source)Reservoir yang menerima energi kalor disebut penampung (sink)Contoh reservoir energi kalor :Air laut, danau, dan sungaiUdara atmosferSistem dua fasaDapur yang temperaturnya diatur konstan

Prajitno* Mesin Kalor (Heat Engine)Sifat-sifat MESIN KALOR :Menerima kalor (QH)dari sumber yang temperaturnya sangat tinggi (TH)Sebagian kalor yang diterima diubah menjadi kerja (W)Melepas kalor sisanya (Q2) ke penampung yang tempeearturnya rendah (TL)Beroperasi dalam sebuah siklus

THHeat EngineQHQLW TL

Prajitno

* Efisiensi MESIN KALORW = QH QL Efisiensi MESIN KALOR :

Efisiensi selalu < 1Tidak ada mesin kalor yang mempunyai efisiensi 100%Heat EngineQHQLWTHTL TH

*MESIN GERAK ABADI Kalor yang diterima (QH) dari sumber TH oleh mesin kalor seluruhnya diubah menjadi kerja (W)Efisiensi 100%

TIDAK MUNGKINQHWHeat EngineKelvin-Planck : Tidak mungkin membuat mesin kalor yang mengikuti siklus termodinamika mengambil dari satu sumber dan seluruhnya diubah menjadi kerja TH

*Mesin Pompa Kalor (Heat Pump)Mesin Pompa Kalor digunakan untuk memindahkan kalor dari sumber yang temperaturnya rendah menuju daerah yang temperaturnya tinggiMesin pompa kalor memerlukan kerja

Heat PumpQHQLWTLTH

*Mesin Refrigerasi (Refrigeration Engine)Mesin Refrigerasi digunakan untuk memindahkan kalor dari sumber yang temperaturnya rendah menuju daerah yang temperaturnya tinggiMesin refrigerasi memerlukan kerja

Refr. EngineQHQLWTHTL

*Clausius Tidak mungkin sebuah mesin (sistem) yang bekerja menurut siklus termodinamika memindahkan kalor dari daerah temperatur rendah menuju ke daerah temperatur tinggi tanpa memberi kerja pada sistemKelvin-Planck : Tidak mungkin membuat mesin kalor yang mengikuti siklus termodinamika mengambil dari satu sumber dan seluruhnya diubah menjadi kerja

Prajitno*Kelvin Statement

It is impossible to construct a heat engine which, while operating in a cycle produces no effects except to do work and exchange heat with a single reservoirSecond Law of Thermodynamics

Prajitno

*Clausius StatementIt is impossible for a self-acting machine unaided by an external agency to move heat from one body to another at a higher temperatureSecond Law of Thermodynamics

*IreversibilitasProses reversibel adalah proses yang dapat dibalik dan dikembalikan seperti keadaan semula tanpa meninggalkan lintasan proses semula dan tidak terjadi interaksi antara sistem dan lingkungannyaProses irreversibel adalah proses yang tidak dapat dibalik tanpa interaksi dengan lingkungan, dan sistem tidak dapat kembali seperti keadaan semula

*Proses reversibel hanya idealisasi dengan tujuan : Mempermudah analisis sistem termodinamika Membandingkan proses sebenarnya dengan proses idealProses reversibel ada 2 macam :Reversibel internal : tidak terdapat ireversibilitas di dalam sistemReversibel eksternal : tidak terdapat ireversibilitas di luar sistem (lingkungan)Proses reversibel total :Tidak terdapat ireversibilitas di dalam dan lingkunganTidak terjadi perpindahan kalorProses berlangsung quasi-statik dan tanpa gesekan

*Ireversibilitas atau faktor-faktor yang mengakibatkan proses menjadi ireversibel :GesekanEkspansi bebasPencampuran gasReaksi kimiaPerpindahan kalorDeformasi plastisDll.

Prajitno*Mesin Kalor Ideal (Siklus Carnot)Mesin Kalor Ideal adalah mesin kalor reversibel berdasarkan siklus Carnot yang terdiri atas proses-proses :Ekspansi isotermalEkspansi adiabatisKompresi isotermalKompresi adiabatikJika siklus mesin kalor dibalik maka menjadi siklus mesin refrigerasi/pompa kalor

Prajitno

*Siklus Carnot

*Efisiensi termal siklus CarnotFluida kerja gas ideal : pv = RT dan du = cvdTProses a-b ekspansi isotermal : pv = konstanqa-b wa-b = du = 0

Proses b-c ekspansi adiabatik : pv = konstanqb-c = 0 wb-c = du = cv (Tc Tb) = cv(TH TL)

*Efisiensi termal siklus CarnotProses c-d kompresi isotermal : pv = konstan

Proses d-a kompresi adiabatik

Untuk proses adiabatik :

wd-a = du = cv (Ta Td) = cv(TL TH)

*Efisiensi termal siklus CarnotKerja yang dihasilkan siklus Carnot

Efisiensi siklus Carnot

Efisisensi sikulus Carnot tidak tergantung fluida kerja, tetapi hanya ditentukan oleh temperatur absolut sumber dan penampung kalor

*Koefisien Unjuk Kerja Mesin Refrigerasi dan Pompa Kalor IdealKoefisien Unjuk Kerja Mesin Refrigerasi Ideal

Koefisien Unjuk Kerja Mesin Pompa Kalor Ideal

*Ketidaksamaan ClausiusDari efisiensi siklus reversibel (Carnot)

atau

Dari efisiensi siklus ireversibel

atau

*Ketidaksamaan ClausiusBila suatu sistem menjalani suatu siklus termodinamika, maka

Jika , siklus reversibel

Jika, siklus ireversibel

Jika, siklus imposible

Prajitno*Entropi

ABSiklus dengan dua lintasan proses A dan B reversibel atauKarena integral tersebut tidak tergantung pada lintasan proses, maka integral tersebut merupakan perubahan sifat sistem dan disebut perubahan entropi (s)12

Prajitno

*Jika lintasan proses A irevesribel, maka

atauSecara umumTanda : = untuk proses reversibel > untuk proses ireversibel

*Keadaan khususJika perpindahan kalor berlangsung isotermal :

Untuk proses adiabatik :untuk proses reversibel(isentropis)untuk proses ireversibel

*Menghitung perubahan entropiUntuk proses reversibel q/T = ds atau q =TdsDari Hukum I Termodinamika untuk sistem tertutupq w = du q = du + w = du + pdvTds = du + pdv atau

Karena h = u + pv dh = du + pdv + vdp, maka Tds = dh vdp atau

Prajitno*Perubahan Entropi Gas IdealGas ideal pv = RT ; h = cpT ; u = cvT ; cp cv = RSecara umumatau

Bentuk lainatau

Prajitno

*Perubahan Entropi Gas IdealDari pv = RT pdv + vdp = RdTatau

atau

Prajitno*Perubahan entropi gas semi ideal (Cara-1)Gas semi ideal, cp = f(T) dan cv = f(T)Entropi gas pada temperatur tertentu ditentukan oleh entropi standar so(T) yaitu

Sehingga

Ada tabelnya

Prajitno

Prajitno*Perubahan entropi gas semi ideal (Cara-2)Integral dijalankan seperti biasa

Prajitno

*ContohGas CO2 diekspansikan secara politropik (n = 1,3) dari 750 kPa dan 30 oC hingga tekanannya menjadi 120 kPa. Hitung perubahan entropi spesifik gas tersebut.Penyelesaian :

*12p1 = 750 kPap2 = 120 kPaTspV1,3 = konstancp =cp(T)

*Diagram T-ssTGaris uap jenuhGaris cair jenuhp = konstanv = konstanx= konstanTitik kritissfsxsgTsat

*Diagram h-sshp=konstanx=konstanT=konstanGaris jenuh

*Diagram p-hhpv=konstans=konstanT=konstanx=konstanGaris jenuh

*Hukum Pertambahan EntropiLINGKUNGANSISTEMSGEN = STOTAL = [SSISTEM + SSURR] 0> 0 IREVERSIBELSGEN = STOTAL= 0 REVERSIBEL< 0 IMPOSIBEL

Prajitno*Hukum Pertambahan EntropiUntuk Sistem TertutupSGEN = STOTAL = [SSISTEM + SSURR] 0SSISTEM = S2 S1 = m (s2 s1)Untuk proses adiabatis : QSURR = QSISTEM = 0 SSISTEM = S2 S1 = m (s2 s1) 0

Prajitno

Prajitno*Hukum Pertambahan EntropiUntuk Sistem Terbuka TSURRQSURRmi, simo, soVASGEN = STOTAL = [SVA + So Si +SSURR] 0

Prajitno

Prajitno*Hukum Pertambahan EntropiUntuk Sistem Terbuka Aliran TunakUntuk Aliran Tunak, SVA = 0, dan mo = miSGEN = STOTAL = So Si +SSURR 0atauUntuk per satuan waktu

Prajitno

*Efisiensi AdiabatikEfisiensi Adiabatik Ukuran penyimpangan terhadap proses idealTurbin122sh1h2h2sp1p2wsw

Prajitno*Nozzle122sh1h2h2sp1p2Hukum I

Prajitno

*122sh1h2h2sp1p2wswKompresor

*

*

**